KR200238102Y1 - Capacitive Touch Sensor - Google Patents
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Abstract
사용자의 손가락 또는 소정의 물체 등이 단극판에 근접하거나 접촉되어 단극판의 유전율이 변화될 경우에 그 단극판의 유전율 변화에 따른 정전용량의 변화를 이용하여 사용자의 손가락 또는 소정의 물체가 단극판에 근접되거나 접촉되는 것을 검출하고, 검출 결과에 따라 스위칭 신호를 발생한다.When the user's finger or a predetermined object approaches or contacts the monopolar plate and the dielectric constant of the monopolar plate changes, the user's finger or a predetermined object is moved to the monopolar plate by using the capacitance change according to the change in the dielectric constant of the monopolar plate. It detects close to or in contact with and generates a switching signal according to the detection result.
사용자 및/또는 소정 물체의 접촉이나 근접에 따라 단극의 검출판의 유전율이 변화되어 정전용량이 가변되고, 그 검출판의 정전용량에 따라 발진기의 발진 주파수가 가변되며, 가변 발진되는 발진기의 발진신호를 정류부를 통해 직류 전압으로 변환한 후 차동 증폭기에서 미리 설정된 전압과 차동 증폭하며, 이 차동 증폭기의 출력전압을 미리 설정된 기준전압과 비교기에서 비교하여 사용자 및/또는 소정 물체의 접촉이나 근접에 따른 스위칭신호를 발생하게 한다.The dielectric constant of the detection plate of a single pole is changed according to the contact or proximity of a user and / or a predetermined object to change the capacitance, and the oscillation frequency of the oscillator is variable according to the capacitance of the detection plate, and the oscillation signal of the oscillator is variable oscillation. Is converted into DC voltage through the rectifier and then differentially amplified with the preset voltage in the differential amplifier, and the output voltage of the differential amplifier is compared with the preset reference voltage in the comparator to switch according to contact or proximity of the user and / or a predetermined object. Generate a signal.
[색인어][Index]
단극판, 접촉, 근접, 터치센서, 정전용량, 유전율, 발진Monopolar, Contact, Proximity, Touch Sensor, Capacitance, Dielectric Constant, Oscillation
Description
본 고안은 정전용량형 터치센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 사람의 손 또는 소정의 물체(도체 및/또는 액체) 등이 단극의 검출판에 근접 또는 접촉되어 단극 검출판의 유전율이 변화될 경우에 그 단극 검출판의 유전율 변화에 따른 정전용량의 변화를 이용하여 스위칭 신호를 발생하는 정전용량형 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitive touch sensor. More specifically, when a hand of a person or a predetermined object (conductor and / or liquid) is close to or comes into contact with a detection plate of a single pole, and the dielectric constant of the detection plate changes, the capacitance according to the change of the dielectric constant of the detection plate is changed. It relates to a capacitive sensor for generating a switching signal using a change of.
일반적으로 이동통신 단말기, 전자수첩 및 계산기 등을 비롯한 각종 제어 및 통신기기나 전자기기들은 사용자의 조작에 따른 동작명령을 입력하기 위하여 복수의 버튼 스위치들로 이루어진 키보드를 입력장치로 구비하고 있다. 상기 키보드의 복수의 버튼 스위치들은 사용자가 손가락 또는 소정의 누름 펜 등을 사용하여 소정의 압력으로 누르도록 되어 있는 것으로서 사용자가 버튼 스위치를 정확하게 눌러야 사용자의 조작에 따른 동작명령의 입력이 정확하게 이루어지게 된다.In general, various control and communication devices or electronic devices including mobile communication terminals, electronic notebooks, calculators, and the like have a keyboard including a plurality of button switches as input devices for inputting operation commands according to a user's operation. The plurality of button switches of the keyboard are to be pressed by a user using a finger or a predetermined pressing pen at a predetermined pressure, so that the user must press the button switch correctly to correctly input an operation command according to the user's operation. .
한편, 사용자가 간편하게 휴대하면서 사용하는 이동통신 단말기 및 전자수첩 등의 휴대용 기기들은 사용자가 간편하게 휴대할 수 있도록 하기 위하여 중량을 가볍게 함은 물론 그 크기를 소형화시키고 있다. 그러나 상기 휴대용 기기들을 소형화함에 따라 복수의 버튼 스위치들간의 간격이 좁아지고 있다.On the other hand, portable devices such as mobile communication terminals and electronic notebooks that are conveniently used by the user are lighter in weight and smaller in size in order to be easily carried by the user. However, as the portable devices are miniaturized, the distance between the plurality of button switches is narrowed.
이와 같이 복수의 버튼 스위치들의 간격이 좁게 배치됨에 따라 사용자가 소정의 버튼 스위치를 누를 경우에 인접한 다른 버튼 스위치를 누르게 되거나 또는 소정의 버튼 스위치와 함께 인접한 다른 버튼 스위치들이 눌러지는 경우가 많이 발생하고 있다.As the interval between the plurality of button switches is narrowly arranged, when a user presses a predetermined button switch, there are many cases where another button switch is pressed or other adjacent button switches are pressed together with the predetermined button switch. .
그러므로 최근에는 소정의 압력으로 누르는 버튼 스위치 대신에 인체의 손가락이나 접촉 펜 등의 소정 물체가 접촉될 경우에 동작되는 정전용량형 터치센서가 개발 및 사용되고 있다.Therefore, recently, a capacitive touch sensor that is operated when a predetermined object such as a finger or a contact pen of a human body comes into contact with a button switch pressed at a predetermined pressure has been developed and used.
상기 정전용량형 터치센서는 두 개의 극판을 가지고, 그 두개의 극판 사이의 정전용량 변화를 이용하여 스위칭 신호를 발생하는 것으로서 유전체가 항상 두 극판에 동시에 접촉되어야 동작하는 구조로 되어 있는 것으로서 두 극판과 유전체를 사용하여 극판부가 차지하는 면적이 크고, 두 개의 신호선이 존재하기 때문에 휴대폰 등과 같은 통신기기의 버튼 스위치 등으로는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.The capacitive touch sensor has two pole plates, and generates a switching signal by using the change in capacitance between the two pole plates, and the dielectric is always structured in contact with the two pole plates. The area occupied by the pole plate part using a dielectric is large and there are two signal lines, so there is a problem that it cannot be applied to a button switch of a communication device such as a mobile phone.
본 고안의 목적은 부피가 작고, 구조가 간단하며, 각종 제어나 통신기기의 버튼 스위치로 사용할 수 있는 정전용량형 터치센서를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a capacitive touch sensor that is small in volume, simple in structure, and can be used as a button switch of various controls or communication devices.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 정전용량형 터치센서는 단극으로 된 검출판을 사용하고, 인체의 손가락 또는 소정의 물체가 검출판에 근접되거나 접촉될 경우에 정전용량이 변화되는 것을 검출하여 스위칭신호를 출력한다.To achieve this purpose, the capacitive touch sensor of the present invention uses a detection plate made of a single pole, and switches by detecting that the capacitance changes when the finger or a predetermined object of the human body approaches or comes into contact with the detection plate. Output the signal.
즉, 정전용량은 도체인 상기 검출판의 크기, 형상 및 배치가 일정할 경우에 주위 온도(특히 도체간에 개재되는 물질의 전기적 특성) 등에 따라 변화되는 특성이 있다. 소정의 도체가 진공(≒ 공기) 중에 존재할 경우의 정전용량을 C0[F]라고 가정하고, 그 소정의 도체가 소정의 절연물 중에 존재(사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접)할 경우의 정전용량을 C1[F]라고 가정하면, 정전용량 C0[F] 및 C1[F]는 다음의 수학식 1과 같은 관계식을 가진다.That is, the capacitance has a characteristic that varies depending on the ambient temperature (especially the electrical properties of the material interposed between the conductors) when the size, shape and arrangement of the detection plate as a conductor is constant. It is assumed that the capacitance when a certain conductor is present in a vacuum is C 0 [F], and when the predetermined conductor is present in a predetermined insulator (a user's finger or an object is in contact with or in proximity). Assuming that the capacitance of C 1 [F], the capacitances C 0 [F] and C 1 [F] has the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
C1[F] = εr ·C0[F]C 1 [F] = εrC 0 [F]
여기서, εr은 절연물의 종류에 따라 결정되는 비례상수로서 정수이다.Here, epsilon r is an integer which is a proportional constant determined according to the kind of insulator.
그러므로 소정의 금속을 진공(≒ 공기) 상태에서 절연물로 치환할 경우에 발생되는 정전용량 ΔC의 변화는 다음의 수학식 2와 같다.Therefore, the change in capacitance ΔC generated when a predetermined metal is replaced with an insulator in a vacuum state is expressed by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
ΔC = εr·C0- C0= C0(εr - 1)ΔC = εrC 0 -C 0 = C 0 (εr-1)
상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 소정의 도체에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접될 경우에 유전율이 변화되고, 그 유전율의 변화에 따라 상기 수학식 2와 같이 정전용량이 변화됨을 알 수 있다.As can be seen in Equation 1, when the user's finger or a predetermined object contacts or approaches a certain conductor, the dielectric constant is changed, and the capacitance is changed as shown in Equation 2 according to the change of the dielectric constant. Able to know.
본 고안은 상기와 같이 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접될 경우에 유전율이 변화되어 정전용량이 변화되는 단극의 검출판을 이용하여 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접됨에 따른 스위칭 신호를 발생하는 것으로서 사용자 및/또는 소정 물체의 접촉이나 근접에 따라 단극의 검출판의 유전율이 변화되어 정전용량이 가변되고, 그 검출판의 정전용량에 따라 발진기의 발진 주파수가 가변되며, 가변 발진되는 발진기의 발진신호를 정류부를 통해 직류전압으로 변환한 후 차동 증폭기에서 미리 설정된 전압과 차동 증폭하며, 이 차동 증폭기의 출력전압을 미리 설정된 기준전압과 비교기에서 비교하여 사용자 및/또는 소정 물체의 접촉이나 근접에 따른 스위칭신호를 발생하게 하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, when the user's finger or a predetermined object is in contact with or close to each other, the switching according to the contact or proximity of the user's finger or the predetermined object is performed using a detection plate of a single pole whose dielectric constant is changed and the capacitance is changed. As the signal is generated, the dielectric constant of the detection plate of a single pole is changed according to the contact or proximity of a user and / or a predetermined object, and thus the capacitance is changed. The oscillation frequency of the oscillator is variable according to the capacitance of the detection plate. After converting the oscillation signal of the oscillator to the DC voltage through the rectifier, the amplifier differentially amplifies the preset voltage and compares the output voltage of the differential amplifier with a preset reference voltage in a comparator to contact the user and / or a predetermined object. Or to generate a switching signal according to proximity.
도 1은 본 고안의 정전용량형 터치센서의 구성을 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a capacitive touch sensor of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawings
10 : 검출판 20 : 발진기10 detection plate 20 oscillator
30 : 정류부 40 : 차동 증폭기30: rectifier 40: differential amplifier
50 : 영점 조정기 60 : 비교기50: zero adjuster 60: comparator
70 : 기준전압 설정부70: reference voltage setting section
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고아느이 정전용량형 터치 센서를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the capacitive touch sensor.
도 1은 본 고안의 정전용량형 터치센서의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 사용자의 손가락 또는 소정의 물체가 접촉되거나 근접될 경우에 유전율이 변화되어 정전용량이 가변되는 단극의 검출판(10)과, 상기 검출판(10)의 가변되는 정전용량에 따라 주파수가 가변되면서 발진되는 발진기(20)와, 상기 발진기(20)의 출력신호를 정류 및 평활하여 직류전압으로 변환하는 정류부(30)와, 상기 정류부(30)가 출력하는 직류전압을 증폭하는 차동 증폭기(40)와, 차동 증폭기(40)의 영점을 조절하는 영점 조정기(50)와, 스위칭 신호를 발생할 소정 레벨의 기준전압을 미리 설정 및 출력하는 기준전압 설정부(70)와, 상기 차동 증폭기(40)의 출력전압 및 기준전압 설정부(70)의 기준전압을 비교하여 사용자의 신체 또는 소정의 물체가 접촉되거나 근접되는지를 판단하고 판단 결과에 따라 스위칭 신호를 발생하는 비교기(60)로 구성된다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a capacitive touch sensor of the present invention. As shown in the drawing, when the user's finger or a predetermined object comes into contact with or comes near, the dielectric constant is changed so that the capacitance of the monopolar detection plate 10 varies according to the variable capacitance of the detection plate 10. An oscillator 20 oscillating with a variable frequency, a rectifier 30 for rectifying and smoothing the output signal of the oscillator 20 to a DC voltage, and a differential for amplifying the DC voltage output by the rectifier 30. An amplifier 40, a zero point controller 50 for adjusting the zero point of the differential amplifier 40, a reference voltage setting unit 70 for presetting and outputting a reference voltage of a predetermined level to generate a switching signal, and the differential amplifier By comparing the output voltage of the 40 and the reference voltage of the reference voltage setting unit 70 to determine whether the user's body or a predetermined object is in contact with or close to the comparator 60 for generating a switching signal according to the determination result It is sex.
이와 같이 구성된 본 고안의 정전용량형 터치센서는, 검출판(10)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접되지 않을 경우에 검출판(10)은 고유의 유전율을 가지게 되고, 그 고유의 유전율에 따른 정전용량을 가지게 된다.In the capacitive touch sensor of the present invention configured as described above, when the user's finger or a predetermined object does not contact or approach the detection plate 10, the detection plate 10 has an inherent dielectric constant, It has capacitance according to permittivity.
상기 검출판(10)의 정전용량은 발진기(20)의 발진 시정수로 설정되는 것으로서 발진기(20)는 검출판(10)의 정전용량에 따른 소정의 주파수로 발진하여 발진신호를 출력하게 된다.The capacitance of the detection plate 10 is set to the oscillation time constant of the oscillator 20. The oscillator 20 oscillates at a predetermined frequency according to the capacitance of the detection plate 10 to output an oscillation signal.
상기 발진기(20)가 출력하는 소정 주파수의 발진신호는 정류부(30)를 통해 정류 및 평활되어 직류전압으로 변환된 후 차동증폭기(40)에 입력되어 영점조정기 (50)에 설정된 소정의 전압과 차동 증폭된다.The oscillation signal of the predetermined frequency output from the oscillator 20 is rectified and smoothed through the rectifier 30 to be converted into a DC voltage, and then input to the differential amplifier 40 to be differential from the predetermined voltage set in the zero regulator 50. Is amplified.
여기서, 상기 영점 조정기(50)는 상기 검출판(10)이 고유의 유전율에 따른 정전용량을 가질 경우에 차동증폭기(40)의 출력전압이 OV로 되게 설정한다.Here, the zero point adjuster 50 sets the output voltage of the differential amplifier 40 to be OV when the detection plate 10 has a capacitance according to an intrinsic dielectric constant.
그러면, 비교기(60)는 기준전압 설정부(70)에 설정된 소정 레벨의 기준전압과 차동증폭기(40)가 출력하는 OV의 전압을 비교하고, 비교 결과 검출판(10)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접되지 않았음을 판단하고, 저 전위 신호를 출력하게 된다.Then, the comparator 60 compares the reference voltage of the predetermined level set in the reference voltage setting unit 70 with the voltage of OV output by the differential amplifier 40, and compares the user's finger or the predetermined value with the detection plate 10. It is determined that the object is not in contact with or close to, and outputs a low potential signal.
그리고 검출판(10)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접될 경우에는 상기와는 반대로 검출판(10)의 유전율이 가변되어 정전용량이 가변된다.When the user's finger or a predetermined object contacts or approaches the detection plate 10, the dielectric constant of the detection plate 10 is changed in contrast to the above, thereby changing the capacitance.
그러면, 발진기(20)의 발진 시정수가 가변되어 그의 발진 주파수가 가변 출력 즉, 발진기(20)는 높은 주파수의 발진신호를 출력하게 된다.Then, the oscillation time constant of the oscillator 20 is varied so that its oscillation frequency is variable, that is, the oscillator 20 outputs a high frequency oscillation signal.
상기 발진기(20)가 높은 주파수의 발진신호는 정류부(30)를 통해 정류 및 평활되어 높은 직류전압으로 변환된 후 차동증폭기(40)에 입력되어 영점 조정기(50)에 설정된 소정의 전압과 차동 증폭되고, 차동 증폭기(40)의 출력전압은 비교기 (60)로 입력되어 기준전압 설정부(70)에 설정된 소정 레벨의 기준전압과 비교된다.The oscillator 20 has a high frequency oscillation signal rectified and smoothed through the rectifier 30 to be converted into a high DC voltage, input to the differential amplifier 40 and differentially amplified with a predetermined voltage set in the zero regulator 50. The output voltage of the differential amplifier 40 is input to the comparator 60 and compared with a reference voltage of a predetermined level set in the reference voltage setting unit 70.
여기서, 상기 기준전압 설정부(70)에 미리 설정되는 기준전압은 검출판(10)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접될 경우에 상기 차동 증폭기(40)의 출력전압 레벨보다 낮게 설정된다.Here, the reference voltage preset in the reference voltage setting unit 70 is set lower than the output voltage level of the differential amplifier 40 when the user's finger or a predetermined object contacts or approaches the detection plate 10. do.
그러면, 비교기(60)는 검출판(10)에 사용자의 손가락이나 소정의 물체가 접촉 또는 근접되었음을 판단하고, 고전위 신호를 스위칭 신호로 출력하게 된다.Then, the comparator 60 determines that the user's finger or a predetermined object contacts or approaches the detection plate 10, and outputs a high potential signal as a switching signal.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안의 정전용량형 터치센서는 단극의 검출판을 사용하여 사용자 또는 소정 물체의 접촉이나 근접을 검출하고, 검출 결과에 따라 스위칭 신호를 출력하는 것으로서 구조가 단순하고 무게와 크기를 작으므로 이동통신 단말기 등과 같은 휴대용 통신기기 등에 간단히 설치하여 사용자의 조작에 따른 소정의 동작명령을 발생하게 사용할 수 있다.As described in detail above, the capacitive touch sensor of the present invention detects contact or proximity of a user or a predetermined object by using a single pole detection plate, and outputs a switching signal according to the detection result. Since the size is small, it can be easily installed in a portable communication device such as a mobile communication terminal to generate a predetermined operation command according to a user's operation.
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